Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử ( Lê Thị Kim Anh ) - Chương 1 doc

GI I THI U MƠN H C Tên mơn h c : K THU T ðI N T Phân ph i giơ : 42 ti t Sơ tín ch : – Ki m tra: 20% GV phu trách : Lê Thi Kim Anh Email : ltkanh@hcmut.edu.vn Tài li u tham kh o : -Theodore F.Bogart, JR - Millman & Taub Thi: 80% (tr c nghi m) - Electronic devices and Circuits 2nd Ed , Macmillan 1991 - Pulse digital and switching waveforms McGraw-Hill - Savant, Rodent, Carpenter - Electronic Design – Circuits and Systems - Lê Phi Y n, Nguy n Như Anh, Lưu Phu - Ky thu t ñi n tư NXB Khoa h c ky thu t Chương GI I THI U V BÁN D N 1.1 V t li u bán d n - D a tính d n n, v t li u bán d n không ph i v t li u cách n mà khơng ph i v t li u d n ñi n t t - ð i v i v t li u d n n, l p v ngồi c a ngun t có r t electron, có khuynh hư ng gi i phóng electron ñ t o thành electron t ñ t ñ n tr ng thái b n v ng Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh - V t li u cách n l i có khuynh hư ng gi l i electron l p c a đ có tr ng thái b n v ng - V t li u bán d n, có khuynh hư ng ñ t ñ n tr ng thái b n v ng t m th i b ng cách l p ñ y l p c a l p v - Các ch t bán d n n Gecmanium (Ge), Silicium (Si), Là nh ng ngun tơ thu c nhóm n m b ng th ng tu n hoàn Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh Ví du vê nguyên tư bán d n Silicon (Si) Nguyên t bán d n Si, có electron l p ngồi H t nhân m t n a liên k t hóa tr liên k t hóa tr Liên k t hóa tr tinh thê bán d n Si Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 1.2 Dịng n bán d n - Trong v t li u d n ñi n có r t nhi u electron t - Khi u ki n mơi trư ng, n u ñư c h p thu m t lư ng nhi t electron s ñư c gi i phóng kh i nguyên tư - Khi electron chuy n đ ng có hư ng s sinh dịng n - ð i v i v t li u bán d n, electron t ñư c sinh m t cách tương tư Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh - Tuy nhiên, lư ng c n đ gi i phóng electron l n ñ i v i v t li u d n n chúng b ràng bu c b i liên k t hóa tr Gi n lư ng - ðơn v lư ng qui c gi n ñ electronvolt (eV) - M t electron mu n tr thành m t electron t ph i h p thu ñ m t lư ng lư ng xác đ nh Bài gi ng mơn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh - Năng lư ng ph thu c vào d ng nguyên t l p mà electron ñang chi m - Năng lư ng ph i ñ l n ñ phá v liên k t hóa tr gi a nguyên t - Thuy t lư ng t cho phép ta nhìn mơ hình ngun t d a lư ng c a nó, thư ng ñư c bi u di n dư i d ng gi n ñ lư ng Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh - Các electron có th di chuy n t l p bên ñ n l p bên nguyên t b ng cách nh n thêm m t lư ng lư ng b ng v i chênh l ch lư ng gi a hai l p - Ngư c l i, electron có th m t lư ng tr l i v i l p có m c lư ng th p - Các electron t v y, chúng có th gi i phóng lư ng tr l i l p v c a nguyên t Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh - Khi nhìn m t nguyên t , electron nguyên t s ñư c s p x p vào m c lư ng r i r c tùy thu c vào l p l p mà electron chi m Các m c lư ng gi ng cho m i nguyên t - Tuy nhiên, nhìn tồn b v t li u, m i nguyên t ch u nh hư ng t tác đ ng khác bên ngồi ngun t Do đó, m c lư ng c a electron l p l p có th khơng cịn b ng gi a nguyên t Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh Gi n ñ vùng lư ng c a m t s v t li u Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 10 - ð th hi n s ph thu c c a hi u ñi n th vào nhi t ñ , ngư i ta ñưa khái ni m ñi n th nhi t: kT vT = q ⇒  NAND   V0 = Vγ = VT ln  n2  i   Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 40 Ví du 1-4 M t chuy n ti p PN ñư c t o nên t bán d n lo i P có 1022 acceptor/m3 bán d n lo i N có 1.2 x 1021 donor/m3 Tìm n th nhi t n th hàng rào t i 25°C Cho ni = 1.5 x 10 ° 16 electron/m3 Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 41 Hư ng d n kT Áp d ng: VT = q v i: T = 25 + 273 = 298°K ° k = 1.38 x 10-23 q = 1.6 x 10 -19C VT = 25.7 mV ði n thê hàng rào:  N A N D V0 = VT ln   n2 i    = 635 V   Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 42 1.5 Phân c c chuy n ti p PN - Chuy n ti p PN có th đư c phân c c b ng cách dùng m t ngu n ñi n áp ñ t lên hai ñ u c a chuy n ti p Ngu n áp phân c c thu n chuy n ti p PN Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 43 - Khi chuy n ti p PN ñư c phân c c thu n: + ði n th hàng rào gi m xu ng → vùng nghèo h p + ði n trơ nho → dịng n l n va tăng nhanh theo n áp - Ngư c l i chuy n ti p PN ñư c phân c c ngư c Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 44 Bi u th c dịng n qua chuy n ti p PN (bi u th c diode)  I = Is  e  v ηVT  − 1  Trong ño: I : dịng qua chuy n ti p (A) V: n áp phân c c (V) IS (I0): dòng ngư c b o hịa (A) η: sơ phát (là hàm c a V, phu thu c vào v t li u; 1≤η≤ ≤η≤2) ≤η≤ VT: ñi n thê nhi t (V) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 45 ð c n Volt-Ampe V Quan h dòng – áp chuy n ti p PN dư i phân c c thu n phân c c ngư c Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 46 1.6 ðánh th ng chuy n ti p PN Có ngun nhân gây đánh th ng: nhi t va ñi n - ðánh th ng vê nhi t x y sư tích lũy nhi t vùng nghèo h t d n (Dịng IS tăng g p đơi nhi t tăng 10°C) - ðánh th ng vê ñi n ñư c phân làm lo i: ñánh th ng thác lu (avalanching) va ñánh th ng xuyên h m (tunnel) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 47 - ðánh th ng thác lu x y chuy n ti p P-N có bê dày l n, n trư ng vùng nghèo có tr sơ kha l n ði n trư ng gia t c cho h t d n, gây hi n tư ng ion hóa va ch m làm s n sinh nh ng đơi n t -lơ tr ng Các h t d n v a sinh l i ti p t c ñư c gia t c va ion hóa ngun tư khác làm sơ lư ng h t d n tăng cao, đo dịng n s tăng v t Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 48 - ðánh th ng xuyên h m x y nh ng vùng nghèo tương ñ i h p, t c chuy n ti p c a nh ng bán d n có n ng Na, Nd r t l n ði n trư ng vùng nghèo r t l n, có kha gây hi u ng “xuyên h m”, t c ñi n tư vùng hóa tr c a bán d n P có kha chui qua hàng rào thê ñê ch y sang vùng d n c a bán d n N, làm cho dịng n tăng v t Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 49 - Biên ñ c a dòng ngư c V x p x VBR (breakdown voltage) có th đư c tính b ng bi u th c sau: I = IS  V 1−  V  BR     n V i n h ng s ñư c xác ñ nh t th c nghi m Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 50 1.6 ðánh th ng chuy n ti p PN Quan h c a diode cho th y s gia tăng đ t ng t c a dịng áp g n ñ n ñi n áp ñánh th ng Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh S gia tăng c a nhi t ñ làm cho ñ c n d ch sang trái 51 Ví du 1-5 M t diode silicon có dịng bão hịa 0.1 pA 20°C ° Tìm dịng n qua đư c phân c c thu n 0,55V Tìm dịng diode nhi t ñ tăng lên ñ n 100 °C Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 52 Hư ng d n T = 20°C ⇒ VT = 0.02527V ° V > 0.5V ⇒ η = ⇒ I = 0.283 mA T = 100°C ⇒ VT = 0.03217V ° Khi nhi t ñ thay ñ i t 20°C ñ n 100°C, dịng đư c ° ° nhân đơi l n, gia tăng 256 l n: I = 256x10 −13 (e 0.55 / 0.03217 − 1) = 0.681 mA Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 53 Câu h i c ng cô Ch t bán d n gi? Các lo i dịng n ñư c hình thành bán d n va b n ch t c a chúng? Các công th c liên quan c n nhơ Khái ni m vê bán d n thu n, bán d n lo i P va N Chuy n ti p P-N, tính ch t, đ c n Vơn-Ampe va cách phân c c c a chuy n ti p P-N Nguyên nhân ñánh th ng chuy n ti p P-N Bi u th c dịng n qua chuy n ti p P-N (bi u th c c a diode) Hi u ñi n thê hàng rào, ñi n thê nhi t, ñi n thê ñánh th ng va cơng th c tính Bài gi ng mơn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 54 ... i (intrinsic) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 14 - Ta có: ni = pi ni: m t eletron (electron/cm 3) pi: m t lô tr ng (lô tr ng/cm 3) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 15 ... µn=0 .14 (m2/V.s) µp=0.05 (m2/V.s) µn=0.38 (m2/V.s) µp=0 .18 (m2/V.s) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 17 - V n t c c a h t d n ñi n trư ng E: v n = E.µ n v p = E.µ p Bài gi ng môn. .. 1. 6 x 1 0 -1 9 C µn, µp: đ linh ñ ng c a electron t l tr ng (m2/Vs) vn, vp: v n t c electron t l tr ng, (m/s) Bài gi ng môn K thu t ði n t GV: Lê Th Kim Anh 19 Ví du 1- 1 M t hi u n th ñư c ñ t lên